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塑料制品的翹曲變形的原因分析和解決方法

一、前言

翹曲變形是指注塑制品的形狀偏離了模具型腔的形狀，它是塑料制品常見的缺陷之一。出現(xiàn)翹曲變形的原因很多，單靠工藝參數(shù)解決往往力不從心。結(jié)合相關(guān)資料和實際工作經(jīng)驗，下面對影響注塑制品翹曲變形的因素作簡要分析。

二、模具的結(jié)構(gòu)對注塑制品翹曲變形的影響。

在模具方面，影響塑件變形的因素主要有澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)與頂出系統(tǒng)等。

1．澆注系統(tǒng)

注塑模具澆口的位置、形式和澆口的數(shù)量將影響塑料在模具型腔內(nèi)的填充狀態(tài)，從而導(dǎo)致塑件產(chǎn)生變形。

流動距離越長，由凍結(jié)層與中心流動層之間流動和補縮引起的內(nèi)應(yīng)力越大；反之，流動距離越短，從澆口到制件流動末端的流動時間越短，充模時凍結(jié)層厚度減薄，內(nèi)應(yīng)力降低，翹曲變形也會因此大為減少。一些平板形塑件，如果只使用一個中心澆口，因直徑方向上的收縮率大于圓周方向上的收縮率，成型后的塑件會產(chǎn)生扭曲變形；若改用多個點澆口或薄膜型澆口，則可有效地防止翹曲變形。

當(dāng)采用點澆口進行成型時，同樣由于塑料收縮的異向性，澆口的位置、數(shù)量都對塑件的變形程度有很大的影響。

另外，多澆口的使用還能使塑料的流動比（L/t）縮短，從而使模腔內(nèi)熔體密度更趨均勻，收縮更均勻。同時，整個塑件能在較小的注塑壓力下充滿。而較小的注射壓力可減少塑料的分子取向傾向，降低其內(nèi)應(yīng)力，因而可減少塑件的變形。

2. 冷卻系統(tǒng)

在注射過程中，塑件冷卻速度的不均勻也將形成塑件收縮的不均勻，這種收縮差別導(dǎo)致彎曲力矩的產(chǎn)生而使塑件發(fā)生翹曲。

如果在注射成型平板形塑件（如手機電池殼）時所用的模具型腔、型芯的溫度相差過大，由于貼近冷模腔面的熔體很快冷卻下來，而貼近熱模腔面的料層則會繼續(xù)收縮，收縮的不均勻?qū)⑹顾芗�翹曲。因此，注塑模的冷卻應(yīng)當(dāng)注意型腔、型芯的溫度趨于平衡，兩者的溫差不能太大（此時可考慮使用兩個模溫機）。 除了考慮塑件內(nèi)外表的溫度趨于平衡外，還應(yīng)考慮塑件各側(cè)的溫度一致，即模具冷卻時要盡量保持型腔、型芯各處溫度均勻一致，使塑件各處的冷卻速度均衡，從而使各處的收縮更趨均勻，有效地防止變形的產(chǎn)生。因此，模具上冷卻水孔的布置至關(guān)重要。在管壁至型腔表面距離確定后，應(yīng)盡可能使冷卻水孔之間的距離小，才能***型腔壁的溫度均勻一致。同時，由于冷卻介質(zhì)的溫度隨冷卻水道長度的增加而上升，使模具的型腔、型芯沿水道產(chǎn)生溫差。因此，要求每個冷卻回路的水道長度小于2米。在大型模具中應(yīng)設(shè)置數(shù)條冷卻回路，一條回路的進口位于另一條回路的出口附近。對于長條形塑件，應(yīng)采用直通型水道。（而我們的模具大多是采用S型回路----既不利于循環(huán)，又延長周期。）3. 頂出系統(tǒng)

頂出系統(tǒng)的設(shè)計也直接影響塑件的變形。如果頂出系統(tǒng)布置不平衡，將造成頂出力的不平衡而使塑件變形。因此，在設(shè)計頂出系統(tǒng)時應(yīng)力求與脫模阻力相平衡。另外，頂出桿的截面積不能太小，以防塑件單位面積受力過大（尤其在脫模溫度太高時）而使塑件產(chǎn)生變形。頂桿的布置應(yīng)盡量靠近脫模阻力大的部位。在不影響塑件質(zhì)量（包括使用要求、尺寸精度與外觀等）的前提下，應(yīng)盡可能多設(shè)頂桿以減少塑件的總體變形（換頂桿為頂塊就是這個道理）。

用軟質(zhì)塑料（如TPU）來生產(chǎn)深腔薄壁的塑件時，由于脫模阻力較大，而材料又較軟，如果完全采用單一的機械頂出方式，將使塑件產(chǎn)生變形，甚至頂穿或產(chǎn)生折疊而造成塑件報廢，如改用多元件聯(lián)合或氣（液）壓與機械式頂出相結(jié)合的方式效果會更好（以后會用到）。

三、塑化階段對制品翹曲變形的影響

塑化階段即由玻璃態(tài)料粒轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)熔體的過程（培訓(xùn)時講過原料塑化的三態(tài)變化）。在這個過程中，聚合物的溫度在軸向、徑向（相對螺桿而言）溫差會使塑料產(chǎn)生應(yīng)力；另外，注射機的注射壓力、速率等參數(shù)會***影響充填時分子的取向程度，進而引起翹曲變形。

四、充填及冷卻階段對制品翹曲變形的影響

熔融態(tài)的塑料在注射壓力的作用下，充入模具型腔并在型腔內(nèi)冷卻、凝固。此過程是注射成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這個過程中，溫度、壓力、速度三者相互耦合作用，對塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率均有***的影響。較高的壓力和流速會產(chǎn)生高剪切速率，從而引起平行于流動方向和垂直于流動方向的分子取向的差異，同時產(chǎn)生“凍結(jié)效應(yīng)”�！皟鼋Y(jié)效應(yīng)”將產(chǎn)生凍結(jié)應(yīng)力，形成塑件的內(nèi)應(yīng)力。溫度對翹曲變形的影響體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 塑件上、下表面溫差會引起熱應(yīng)力和熱變形；

（2） 塑件不同區(qū)域之間的溫度差將引起不同區(qū)域間的不均勻收縮；

（3） 不同的溫度狀態(tài)會影響塑料件的收縮率。

五、脫模階段對制品翹曲變形的影響

塑件在脫離型腔并冷卻至室溫的過程中多為玻璃態(tài)聚合物。脫模力不平衡、推出機構(gòu)運動不平穩(wěn)或脫模頂出面積不當(dāng)很容易使制品變形（前面已經(jīng)講過）。同時，在充模和冷卻階段“凍結(jié)”在塑件內(nèi)的應(yīng)力由于失去外界的約束，將會以“變形”的形式釋放出來，從而導(dǎo)致翹曲變形。

六、注塑制品的收縮對翹曲變形的影響

注塑制品翹曲變形的直接原因在于塑件的不均勻收縮。如果在模具設(shè)計階段不考慮填充過程中收縮的影響，則制品的幾何形狀會與設(shè)計要求相差很大，嚴重的變形會致使制品報廢（即收縮率的問題）。除填充階段會引起變形外，模具上下壁面的溫度差也將引起塑件上下表面收縮的差異，從而產(chǎn)生翹曲變形。對翹曲分析而言，收縮本身并不重要，重要的是收縮上的差異。在注塑成型過程中，熔融塑料在注射充模階段由于聚合物分子沿流動方向的排列使塑料在流動方向上的收縮率比垂直方向的收縮率大，而使注塑件產(chǎn)生翹曲變形（即各向異性）。一般均勻收縮只引起塑料件體積上的變化，只有不均勻收縮會引起翹曲變形。結(jié)晶型塑料在流動方向與垂直方向上的收縮率之差較非結(jié)晶型塑料大，而且其收縮率也較非結(jié)晶型塑料大，結(jié)晶型塑料大的收縮與其收縮的異向性疊加后導(dǎo)致影響結(jié)晶型塑料件翹曲變形的傾向較非結(jié)晶型塑料大得多。

七、殘余熱應(yīng)力對制品翹曲變形的影響

在注射成型過程中，殘余熱應(yīng)力是引起翹曲變形的一個重要因素，而且對注塑制品的質(zhì)量有較大的影響。由于殘余熱應(yīng)力對制品翹曲變形的影響非常復(fù)雜，這里就不贅述。

八、金屬嵌件對制品翹曲變形的影響

對放嵌件的注塑制品，由于塑料的收縮率遠比金屬的大，所以容易導(dǎo)致扭曲變形（有的甚至開裂）；為減少這種情況，可先將金屬件預(yù)熱（一般不低于100℃），再投入生產(chǎn)。

九、結(jié)論

影響注塑制品翹曲變形的因素有很多，模具的結(jié)構(gòu)、塑料材料的熱物理性能以及成型過程的條件和參數(shù)均對制品的翹曲變形有不同程度的影響。因此，對注塑制品翹曲變形的處理必須綜合考慮上述因素。

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